土壤源热泵中央空调简介.doc

　土壤热泵中央空调工作原理
热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分电能，从环境介质中提取几倍于输入电能的能量，提高温位进行利用，这也是热泵节能的原因。
具体的说土壤热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖，同时储存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑进行降温，同时储存热量，以备冬用，大地在整个循环中起到了蓄热器的作用。
土壤热泵中央空调形式分类
1、大地表面（地下3米以上水平埋管）。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候的影响，效率较低，可靠性差。

2、地下水。地下水的应用因其存在不可避免的污染问题而在我国受到严格的限制，且易抽难灌，因此其推广势难持久。
土壤热泵中央空调的优势
1.技术成熟：本系统在北欧、北美已普遍应用近30年，技术成熟、可靠。
2.运行节能：土壤源热泵夏季冷凝温度比风冷热泵低。冬季利用地下土壤热量供热比风冷热泵COP(能效比)值高出40%左右，运行费用可降低30-40%。
3.运行安全可靠：基本不受环境气温的影响：系统简单，省去冷却塔等部件的维护工作，可稳定持续地供冷供热。
4.利于环保：系统全部为闭式循环，不会造成地下水的污染；即无直燃机的二氧化碳排放，又无风冷机的噪音污染，运行安静、占地面积小，布置灵活，不影响建筑外观。
5.一机多用：既可制冷又可制热，尚可供应生活热水。
6.土壤源热泵机组放置在封闭机房内，机组噪声和机组的检修对住户干扰最少。
7.使建筑物成为环保型低消耗建筑，符合国际发展趋势。
土壤热泵中央空调的特点
1.卫生、健康、舒适
   强制供冷供热，室内温度分布均匀，温差小，无温度死角，是国际上公认使室内舒适程度最高的空调末端系统。
2.节能，运行费用低
   在更合适的情况下，夏季可提高室内平均温度，冬季可降低室内温度，通过降低室内外温差来减少空调负荷。
3.节省空间
   空调系统占用室内净空高度很小，无较低的复式吊顶，房间空间感好。
4.环保
   机组噪声小，无污染物排放，节能，氟利昂用量少，对建筑外立面无损坏，不影响美观。
5.技术先进
   土壤热泵，智能控制都是当今空调领域很先进的技术。

土壤热泵中央空调的方案设计
一、空调方案设计依据：
1、设计规范规定
　 1）建筑设计防火规范     2）采暖通风与空气调节设计规范 
2、设计基础资料

　 1）民用建筑暖通空调设计技术措施 
　 2）室外主要气象参数
　　l 室外夏季空调计算温度  室外夏季空调湿球温度   室外冬季空调计算温度        
　　l 室外冬季相对湿度       室外冬季风速           室外夏季风速 
　 3）地质情况
　　l 按常规地质情况设计。

二、设计范围和空调形式：
　　空调形式：采用土壤源热泵空调主机+风机盘管，夏季回水所含热量部分用以加热生活用水，部分热量通过地下换热器散入地下，冬季由主机抽取地下热量来加热生活用水，该系统同时解决了空调系统冷、热源，代表了目前空调行业的先进水准，可为用户创造优异的室内空气环境。

三、空调方案设计说明：
1、 系统组成概述
　　土壤源热泵空调系统是以大地为热源对建筑进行空调，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖，同时储存冷量，以备夏用； 夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温，同时储存热量，以备冬用。完整系统由土壤热泵空调机组、室内末端设备和地下埋管换热器系统三部分组成，夏季回水所含热量部分用以加热生活用水，部分通过地下换热器散入地下；冬季由主机抽取地下热量来加热生活用水。
　　土壤热泵中央空调系统采用的是深层土壤(垂直埋管)形式。深层土壤(垂直埋管)形式埋管深度约100米左右，热源稳定且置于土壤中进行封闭式热交换而不抽取地下水，对地下水无污染。而大地表层形式（地下3米以上水平埋管）水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候影响，效率较低，可靠性差。地下水形式因地下水的应用因其存在不可避免的污染问题而在我国受到严格的限制，且易抽难灌，因此其推广势难持久。

　　　　　地下3.2米、14米、30米、60米处土壤温度全年的变化曲线
土壤热泵中央空调系统主要分为两种模式：垂直打孔式和混凝土吸收式。这两种模式都是基于深层土壤(垂直埋管)形式的。
该方式埋管深度约100米左右，热源稳定且置于土壤中进行闭式热交换而不需抽取地下水，对地下水无污染，垂直直埋式热泵系统正是基于此原理进行工作。

　　　　　垂直打孔式空调系统模拟效果图（室内部分采用风机盘管加新风）

1、系统供水    2、系统回水    3、系统回风    4、系统新风    5、信风口   6、排风
7、空调系统主机(带有热回收新风净化空调系统)　8、地下换热器供水　 9、地下换热器回水

　　混凝土吸收式空调系统模拟效果图（室内部分采用辐射顶板加置换送风系统）

 　 该建筑在施工建筑时,建筑物的混凝土基桩中布满换热管道，作为基桩换热器4，室内顶棚中装辐射顶板2，室内布置置换送风风口1，地下室或机房中放置热泵机组3。该系统供暖时，基桩换热器4从土壤中吸取热量，通过热泵机组3的提升，将热量输送到供暖房间的置换风口1及辐射顶板2中，通过置换风口1和辐射顶板2将热量送入房间。供冷时，空调区域的热湿负荷分别由置换风口1和辐射顶板2负担，通过机组3和基桩换热器4将空调区域的热量导入土壤，从而维持空调区域的舒适环境。
地源热泵低位热能介绍
 被热泵吸取热量的物体一般称为热泵的低位热源,或称低温热源.在设计热泵空调系统时,正确选取系统的低位热源是十分重要的问题.下面简单介绍几种常用的低位热源:

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空气
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    空气 空气广泛地应用于热泵空调领域中,空气随时随地可得,取之不尽,用之不竭,空气源热泵装置得安装和使用也比较方便.但是在设计中应注意解决好下列问题.众所周知,当室外空气的温度降低时,空气源热泵的供热量减少,而建筑物的耗热量却在增加,这就造成了空气源热泵供热量和建筑物耗热量之间的供需矛盾
    冬季温度很低时,空气源热泵的蒸发温度也很低,当室外换热器表面的温度低于0摄氏度且低于空气的露点温度时,空气中的水分在换热器表面就会凝结成霜,致使空气源热泵的制热性能系数和运行的可靠性降低.因此,空气源热泵需要定期除霜.在相对湿度70%,室外空气温度3-5度范围时,结霜最严重,根据我国气象资料统计,我国南方地区热泵的结霜的情况要比北方地区严重的多.
空气的比热容小,要获得足够的热量时,需要较大的空气量,因而使风机的容量增大.
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水
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    水时优良的引人注目的热泵低位热源,在热泵空调中常被采用,因为水的比热容大,传热性能好,但是当用水作为热泵空调的低位热源时,应注意以下几个问题:
水资源的合理利用,长期开发必须严格按照国家颁布的有关法规执行,以确保水资源不受污染,不会对地质造成灾害.
用井水作为热泵空调的低位热源时,必须采用井水回灌的方法,使用过的井水应回灌到原含水层中以防止地面的沉降并应注意回灌水对地下水有无污染. 
注意对水质的要求,防止出现换热设备,管道的腐蚀等问题.
选用水作为地源热泵的低位热源时,其空调系统必须靠近水源或设蓄水装置.
    热泵长期不停地从河水或湖水中采热,究竟会对河流或湖泊的生态有何影响,现在还难以作出结论,应在运行实践中予以关注.
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土壤
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土壤源热泵的主要特点如下:
    全年土壤温度波动小,随着土壤深度的增加,土壤温度变化相对稳定,在10米深度时土壤的温度几乎没有季节性变化,土壤温度年变化相对于气温有延迟何衰减,这对土壤源热泵的性能和运行十分有利.当室外的空气温度最低时,建筑物耗热量最大,而土壤的温度并不时最低,热泵的供热能力也不会有所降低.
    土壤的传热性能取决于土壤的热导率,密度和比热容等.土壤的含水量对其密度和导热性有决定性影响,潮湿土壤的热导率比干燥土壤大很多倍.
    土壤源热泵和空气源热泵相比,土壤源热泵不需要风机,噪声小,埋地盘管不需要除霜,从而节约热泵的除霜损失,提高土壤热泵的运行可靠性,同水源热泵相比,水源不如土壤源存在广泛,土壤源热泵的应用十分方便.用土壤源作为热泵的低位热源在第二次世界大战后就引起人们的关注.20世纪70年代末至80年代,美国和欧洲的一些国家对土壤源热泵进行各种理论和试验研究.瑞典早在20世纪70年代末就开始生产专供冬季采暖的土壤源热泵机组并已经商品化.近年来,我国广大暖通空调工作者对土壤源热泵产生极大兴趣并对土壤源热泵开展广泛的理论和试验研究.在研究过程中我们应该注意到,土壤的特性,热泵系统的设计对土壤源热泵的运行影响很大,因此应注意到由于土壤源特性在不同地区,不同深度存在较大差异,所以适合某地区的技术和经济特点的设计在其他地区可能就不十分有利.因此,当设计土壤源热泵系统时必须因地制宜.
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太阳能
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太阳能时几乎无穷无尽,无公害的清洁能源,但应注意以下几个问题:
太阳能时稀薄的能源
太阳能有季节,昼夜的规律变化,同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响,具有极大的不稳定性.
相对于输出温度55℃以下的热泵技术，高温地源热泵在不提高低温热源（地源）温度的情况下，热泵供热温度达到60℃以上，并保持较高的运行效率和稳定的运行状态，一般需要解决如下几个关键技术。
   ☆压缩机的选择：目前热泵设备常用压缩机类型主要有螺杆压缩机、全封闭涡旋压缩机与半封闭活塞压缩机等，经过对不同类型压缩机工作特性进行比较研究，目前高温热泵设备一般选用半封闭活塞压缩机；
   ☆工质的选择：根据高温热泵设备最大工作压力≤25bar，采用对环境友好的R134a作为制冷剂为工质，对环境无污染，对臭氧层无破坏作用；

   ☆循环系统的设计：采用多路独立制冷循环系统，共用一个水循环系统，降低了设备的冷凝工作温度和压力；
   ☆在设备内部增设一特殊换热装置（经济器），增加设备运行时的稳定性；
   ☆系统控制的优化：采用平均压缩机运行时间的优化控制模式，保证整体机组的长时间高温稳定运行和使用寿命，并根据地源温度和冬季热源温度，调节高温热泵运行工作状态和条件。
商用地源冷热水机组
商用地源冷热水机组以土壤作为冷热源，循环介质（水或乙二醇水溶液）在封闭地下换热器中流动，与土壤进行热交换。夏季将空调房间内的热量储存在地下，冬季则将储存在地下的热量输送到空调房间内。
HSG系列商用地源冷热水机组技术参数表　（点击浏览大图）

注：1、载冷剂为19.8%的乙二醇水溶液
　　2、机组制冷剂内部换向，外部系统无需切换。

● 项目地址：浙江省宁波市
● 项目特点：由5栋楼宇式厂房组成、制冷取暖并重
● 项目规模：建筑面积92505平方米
● 总冷负荷：2483冷吨
● 项目预算：2500万元人民币

● 项目概况：分期建设。第一期为38380平方米服装厂房，安装热泵150台，1070冷吨，进口设备价值42万美元，2001年5月安装完毕，投入使用。

● 项目地址：广东省广州市
● 项目特点：教学楼、办公楼，制冷为主，取暖为辅
● 项目规模：总建筑面积52000平方米
● 总冷负荷：2045冷吨
● 项目预算：1474万元人民币
● 项目概况：分期建设。第一期为6000平方米教学楼，制冷面积为3250平方米，地源热泵48台，水量每小时38吨，循环水量每小时113吨，总造价243万元，平均造价405元/建筑平米。
● 运行效果：室外气温32.3℃有太阳照射，在一间坐满53人的150平方米语音室内，开机10分钟后室温为30℃，开机30分钟后，室温23.6℃，以后保持在这个温度。机组配备为5冷吨的一台，3冷吨的一台，两台热泵总功率为6.29KW。